JJF-相控阵超声探伤仪校准规范送审稿

JB/T4278.1—××××JB/T4278.1—××××相控阵超声探伤仪校准规范1范围本规范适用于频率在（0.5~10）MHz范围内的多通道相控阵超声探伤仪的校准。2引用文件本规范无引用文件。3概述相控阵超声探伤仪是一种激励相控阵超声换能器产生超声波，并接收在材料中传播或反射的超声信号以评价材料内部缺陷的无损检测仪器，通过软件可以单独控制相控阵探头中每个晶片的激发时间，从而控制产生波束的角度、聚焦位置和焦点尺寸。广泛应用于航空航天、铁路、船舶、特种设备、建筑、冶金等行业的非破坏性检测。图1相控阵超声探伤仪工作原理示意图4计量特性4.1发射脉冲电压发射脉冲电压与制造商技术要求不超过±10%。4.2上升时间上升时间应小于制造商技术要求的最大值。4.3脉冲宽度对于方波脉冲和双极性脉冲波形，每个单独测量通道的脉冲宽度应在制造商技术要求规定值的±10%范围内；当使用一个尖峰脉冲时，脉冲宽度应小于制造商技术规范中规定的最大值，且通道之间的变化应在±20%范围内。4.4频率响应频率响应包括中心频率和带宽。中心频率和带宽在制造商技术要求规定的±10%范围内。4.5等效输入噪声小于制造商技术要求规定值。4.6衰减器误差在制造商技术要求规定的整个增益范围内的任何连续1dB范围内，增益偏差应不超过±0.5dB；在制造商技术要求规定的整个增益范围内的任何连续20dB范围内，增益偏差应不超过±1dB；在制造商技术要求规定的增益范围内衰减器总误差应不超过±2dB。4.7通道增益偏差通道增益偏差应小于3dB。4.8幅度线性误差测得的信号幅度在允许范围内，允许范围见表1。表1幅度线性误差的允许范围外部标准衰减器设定值/dB所显示信号幅度的理论值（全屏高度的百分比/%）允许范围/（全屏高度的百分比/%）010098~10219088~92280参考线46462~6655048~5284038~42122523~27142018~2220108~122653~75校准条件5.1环境条件室温：（18~28）℃。5.2测量标准测量标准及技术指标见表2。表2测量标准及技术指标序号测量标准技术指标用途1信号发生器频率范围：0.5kHz~35MHz；用于校准频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差、幅度线性误差2数字存储示波器带宽≥100MHz；采样频率：高于200MHz；至少应有两个通道，具备时间延迟测量（时间分辨力优于0.1μs）、幅值测量功能和快速傅里叶变换（FFT）功能。用于校准发射脉冲电压、上升时间、脉冲宽度、频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差、幅度线性误差3无感电阻阻值为（50±0.5）Ω的无感电阻。用于校准发射脉冲电压、上升时间、脉冲宽度、频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差、幅度线性误差4标准衰减器步进1dB、总衰减量100dB、50Ω的标准衰减器,当信号频率在15MHz以内时，该衰减器任意10dB范围的累积误差应小于0.3dB；最大允许误差：±(1%A+0.05)dB，A为衰减量。用于校准频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差、幅度线性误差5脉冲发生器能够产生一个带延迟或不带延迟的触发脉冲。用于校准频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差、幅度线性误差6校准项目和校准方法6.1校准项目校准项目包括发射脉冲电压、上升时间、脉冲宽度、频率响应、等效输入噪声、衰减器误差、通道增益偏差和幅度线性误差。6.2校准方法6.2.1发射脉冲电压在进行发射脉冲电压校准时，需要对相控阵超声探伤仪的每一个通道进行校准。设置相控阵超声探伤仪发射为全开状态，通过匹配装置连接相控阵超声探伤仪，将示波器通过无感电阻与匹配装置中对应通道的发射输出插座连接。通过示波器依次测量并记录所有发射通道的电压。6.2.2上升时间校准方法同6.2.1，通过示波器依次测量并记录所有发射通道电压幅度从10%到90%的脉冲上升时间，上升时间如图2中所示。6.2.3脉冲宽度校准方法同6.2.1，通过示波器依次测量并记录所有发射通道的脉冲宽度，脉冲宽度如图2中所示。(a)方波脉冲(b)尖峰脉冲(c)双极性脉冲图2三种典型测量发射脉冲V50—发射脉冲电压；tr—脉冲上升时间；t6.2.4频率响应采用如图3所示的连接方法搭建校准系统。用信号发生器将正弦波信号输入第一个通道。将输入相控阵超声探伤仪的正弦信号设置为适当幅度，以在增益中间值设置下产生80%全屏信号高度的信号。依次选取相控阵超声探伤仪内置的频带设定值。在相控阵超声探伤仪所设置的工作频率范围内，改变输入信号的频率，记录每个频带在相控阵超声探伤仪显示最大信号幅度时对应的频率fmax以及对应的电平幅度Amax。以小于标称频带带宽5%的增量，依次从fmax提高和降低频率，并记录相控阵超声探伤仪显示信号幅度低于最大幅度Amax3dB时所对应的上限频率fu和下限频率fl。每个频带的中心频率f0由公式（1）计算，每个频带的带宽∆f注：一台16/64的相控阵超声探伤仪，应在16个通道上进行测量。（1）（2）式中：f0——中心频率，MHzfu——上限频率，MHzfl——下限频率，MHz∆f——带宽，图3频率响应校准系统接线图1—相控阵超声探伤仪；2—保护电路；3—输入端；4—输出端；5—外部标准衰减器；6—匹配装置；7—信号发生器；8—信号发生器输出端；9—脉冲发生器；10—数字示波器；11—数字示波器输入通道；12—数字示波器出发输入端；13—示波器表笔；14—相控阵超声探伤仪发射输出端；15—相控阵超声探伤仪接收输入端6.2.5等效输入噪声采用图3连接方式，关闭相控阵超声探伤仪所有通道发射功能。采用最大带宽中心频率f0的输入信号，测量等效输入噪声。将相控阵超声探伤仪的增益设置到最大值，断开输入信号，记录相控阵超声探伤仪显示屏上的噪声电平，把增益降低40dB，重新接通输入信号。调整外部标准衰减器/或信号发生器使输入信号电平直至射频信号电平与上述噪声电平幅度相同，用示波器测量输入信号的峰-峰值电压Vin，并记录外部标准衰减器的衰减量S。等效输入噪声Vein计算见公式（3）。注：一台16/64的相控阵超声探伤仪，应在16个通道上进行测量。（3）VeinVinS——外部标准衰减器的衰减量，dB。6.2.5衰减器误差采用图3连接方式，关闭相控阵超声探伤仪所有通道发射功能，启用通道1接收功能并连接信号发生器。使用信号发生器对通道1输入频率为最宽频带中心频率f0的正弦波信号，将相控阵超声探伤仪的增益设置为最小值，并调整信号发生器产生的参考信号，使其不饱和显示。在整个增益范围内，以适当的增量，增加相控阵超声探伤仪的增益。对于每个增益设定值，调整外部标准衰减器，使信号幅度保持恒定高度。对应每个增量，记录相控阵超声探伤仪的增益值和外部标准衰减器的衰减值之间的差值，见公式（4）。（4）∆dBS1——相控阵超声探伤仪增益值，S2——外部标准衰减器6.2.6通道增益偏差采用图2连接方式，关闭相控阵超声探伤仪所有通道发射功能。启用通道1接收功能并连接信号发生器，提供一个频率为最宽频带中心频率的正弦信号，将相控阵超声探伤仪的增益设置为中间值，调整信号发生器的输出信号，使通道1的信号的峰值幅度达到80%全屏信号高度。测量A扫显示的正弦波的幅度A1（A1为通道1所测得的信号幅度），在所有通道上重复进行测量。相控阵超声探伤仪通道增益偏差计算见公式（5）。（5）∆GAmaxAmin6.2.7幅度线性误差采用图2连接方式，关闭相控阵超声探伤仪所有通道发射功能。启用通道1接收功能并通过信号发生器给通道1提供一个频率为最宽频带中心频率的正弦信号。将外部标准衰减器设置为2dB，调节输入信号的幅度和相控阵超声探伤仪的增益，使该信号的幅度为全屏信号高度的80%；在不改变相控阵超声探伤仪增益的条件下，设置外部标准衰减器到表1第1列数值，分别测量不同衰减量下相控阵超声探伤仪屏幕上的信号幅度。7校准结果表达经校准的相控阵超声探伤仪出具校准证书，校准结果应在校准证书上反映，校准证书至少应包括以下信息：a）标题：“校准证书”；b）实验室的名称和地址；c）实施校准活动的地点，包括客户设施、实验室固定设施以外的地点；d）证书的唯一性标识（如编号），每页及总页数的标识；e）客户的名称和联络信息；f）被校对象的描述和明确标识；g）进行校准活动的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期和证书发布日期；h）校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i）本次校准所用的测量标准和溯源性及有效性说明；j）校准环境的描述；k）校准结果及其测量不确定度的说明（给出整个测量范围校准结果测量不确定度的最大值）；l）对校准规范偏离的说明；m）校准证书签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期；n）校准人和核验人签名；o）校准结果仅对被校对象有效的声明；p）未经校准实验室书面批准，不得部分复制校准证书的声明。校准原始记录参考格式见附录A，校准证书内页参考格式见附录B。8复校时间间隔复校时间间隔的长短取决于其使用情况，使用单位可根据实际使用情况自主决定复校的时间，建议复校时间间隔为1年。

附录A校准原始记录参考格式被校设备信息证书编号委托单位校准依据校准日期校准地点环境条件℃测量标准信息名称编号设备编号证书编号准确度等级/最大允许误差/测量不确定度有效日期校准结果通道校准数据：1.发射电压：V，Urel=%（k=2）。2.上升时间：ns，Urel=%（k=2）。3.脉冲宽度：ns，Urel=%（k=2）。4.频率响应上限频率：MHz，下限频率：MHz；中心频率：MHz，带宽：MHz，Urel=%（k=2）。5.等效输入噪声：Vin=V，S=dB，Vein=V，Urel=%（k=2）。6.衰减器误差：S1=dB，S2=dB，∆dB=dB，Urel=%（k7.通道增益偏差：Amax=%，Amin=%，∆G=%，Urel8.幅度线性误差：外部标准衰减器设定值/dB相控阵超声探伤仪波幅高度（全屏高度的百分比/%）允许范围/（全屏高度的百分比/%）098~102188~922参考线462~66548~52838~421223~271418~22208~12263~7Urel=%（k=2）。

附录B校准证书内页参考格式校准结果通道11.发射电压VUrel=%（k=2）2.上升时间nsUrel=%（k=2）3.脉冲宽度nsUrel=%（k=2）4中心频率MHzUrel=%（k=2）5带宽MHzUrel=%（k=2）6等效输入噪声VUrel=%（k=2）7.衰减器误差dBUrel=%（k=2）8.通道增益偏差%Urel=%（k=2）9.幅度线性误差外部标准衰减器设定值/dB相控阵超声探伤仪波幅高度（全屏高度的百分比/%）误差/%01245812142026Urel=%（k=2）

附录C相控阵超声探伤衰减器误差测量不确定度评定示例C.1概述C.1.1校准依据本规范。C.1.2测量标准信号发生器：能够产生正弦波信号或正弦脉冲串信号。示波器：工作带宽不低于100MHz。无感电阻：阻值为（50±0.5）Ω的无感电阻。标准衰减器：最大允许误差：±(1%A+0.05)dB，A为衰减量。脉冲发生器：能够产生一个带延迟或不带延迟的触发脉冲。C.1.3被校对象名称：相控阵超声探伤仪；型号/规格：6HT-604305128。C.1.4校准方法相控阵超声探伤衰减器误差的校准方法见本规范6.2.5，本示例取满屏波高20%为基准波高，对增益/衰减20dB值进行校准，其他增益/衰减值也可参考本示例评定不确定度。C.2测量模型根据相控阵超声探伤仪的特征和验证，其测量模型为：（C.1）式中：∆dBS1——相控阵超声探伤仪增益值，S2——标准衰减器C.3测量结果不确定度主要来源分析测量结果不确定度的主要来源有：（1）测量重复性引入的相对标准不确定度u1；（2）标准器最大允许误差引入的不确定度u2。C.4测量不确定度的评定C.4.1测量重复性引入的标准不确定度分量u调整信号发生器产生的参考信号，使相控阵超声探伤仪波幅高度为20%全屏高度。对衰减器与相控阵超声探伤仪增益进行对比，以20dB值作为调节量，重复调节相控阵超声探伤仪的增益值和外部标准衰减器衰减值10次，对比波幅幅度，使得波幅幅度保持一致，用相控阵超声探伤仪设置增益标称值减去外部标准衰减器的衰减值，见表C.1。